费曼

费曼 (Richard Phillips Feynman 1918~1988)物理学家。

1918年5月11日生于纽约,1939年毕业于麻省理工学院,1942年得普林斯顿大学哲学博士学位。在第二次世界大战期间参加了美国发展核武器的工作。战争结束后到康奈尔大学任教。自1951年起任加利福尼亚理工学院教授至今。费因曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法,并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法,从而避免了量子电动力学中的发散困难。由于这一贡献他和美国的J•S•施温格、日本的朝永振一郎共同获得1965年诺贝尔物理学奖。重要著作有:《量子电动力学》、《费曼物理学讲义》三卷、《量子力学和路径积分》,与A•R•希布斯合著《光子强子相互作用》等。

许多人认为,理查德•费曼(Richard Feynman)是本世纪诞生于美国的最伟大的物理学家,一个独辟蹊径的思考者,超乎寻常的教师,尽善尽美的演员。

科学家的诞生

 1918年 5月11日,理查德•菲利浦•费曼出生于纽约市。他的父亲是麦尔维尔•阿瑟•费曼,母亲是露茜尔•菲利浦。但是费曼是在长岛南岸的法罗克维长大的。他有一个妹妹琼,比他小9岁,两个人的关系非常亲密,琼后来也成了一名物理学家。虽然麦尔维尔和露茜尔都是犹太人,但是他们对孩子的教育却没有狭隘偏执的宗教观念。

麦尔维尔是1895年和父母一起来到美国的,那时他还是个 5岁的孩子。他们是白俄罗斯的明斯克人。年轻的时候他对科学产生了浓厚的兴趣,可是他没有足够的经济来源来实现做物理学家的梦想。干了几种杂活之后,他成了一个制服加工公司的业务代表。在理查德出生之前,麦尔维尔就对妻子说:“如果生个男孩子,他准能当个科学家。”为了确保自己的预言实现,他尽了最大的努力。

当儿子还坐着幼儿专用的高椅子时,麦尔维尔就买了一套浴室用的白色和蓝色瓷砖。他用各种方法来摆放它们,教理查德认识形状和简单的算术原理。当孩子长大一点时,麦尔维尔就带他去博物馆,并且给他读《不列颠百科全书》,然后用自己的语言耐心地解释。后来费曼愉快地回忆道:“没有压力,只有可爱的、有趣的讨论。”

 麦尔维尔教会了理蒂(小理查德的昵称)怎样思考。他让理蒂设想他遇见了火星人,火星人肯定要问很多关于地球的问题。比如说,为什么人在夜里睡觉呢?理蒂怎么回答这个问题呢?这种培养和教导是很有好处的。

年轻的理查德很快就开始自己读《不列颠百科全书》了,他对上面的科学和数学文章尤其感兴趣。他从阁楼上找到一本旧课本,于是就照着课本自学起几何。

尽管理查德是一个智力早熟的少年,但是他却觉得人文科学枯燥无味,他对历史和文学毫无兴趣。他认为英语的拼写太缺乏逻辑性,所以他即使到了成年以后也不擅长拼写。

高中毕业之后,费曼进入麻省理工学院学习,最初主修数学和电力工程,后来他在物理学中找到了最适合自己的位置。1939年,他以优异的成绩毕业于麻省 理工学院,又到普林斯顿大学念研究生。1942年6月,他获得了理论物理学博士 学位。费曼最可亲的品质之一,是他对于自然的奇迹无休止的好奇心和从全新的角度看问题的能力。费曼喜欢观察最普通的自然现象,并找出其中的道理,这些现象大部分人,包括物理学家在内,都不会注意到。费曼常说,如果一个人学会了解释简单的东西,他就懂得了解释是什么;也就是说,他理解了科学本身。

 “我们爱你,迪克!”

当费曼决定只为了兴趣而研究物理时,他似乎也认定,为了抚平失去爱妻阿琳的伤痛,最好的办法就是只为了好玩去跟其他女人交往。他开始无所顾忌地放荡起来。他同本科生们约会,勾搭陪酒女郎,甚至引诱研究生们年轻的妻子。

 1952年,他试图通过结婚使自己的生活稳定下来。他的妻子玛丽•露易丝•贝尔是他在康奈尔大学的咖啡厅里认识的,两个人在许多方面都截然相反。这段婚姻四年后就解体了。

1958年,费曼在欧洲之行中遇到了24岁的格温妮丝•霍伍兹,她比他小16岁,是一个家庭服务员。他劝她到美国来给他做管家,她最终同意了。后来两个人相爱,并于1960年结婚。格温妮丝给费曼的生活带来了他迫切需要的稳定性,他们的婚姻幸福而宁静,直至他1988年去世。格温妮丝还让费曼经历了以前没有经历过的事情——她使他做了父亲。1962年,他们有了儿子卡尔,6年以后,他们又收养了一个女儿美霞。

 1986年,“挑战者”号航天飞机发生了灾难性的爆炸,诺贝尔奖获得者费曼加入了负责调查工作的罗杰斯委员会,并赋予它科学上的权威性。然而费曼的调查方式很快就跟委员会产生了分歧。他不满足于从经理们的吹风会上收集信息,而是直接去跟设计、制造、操作航天飞机的技术人员和发射人员交谈。

费曼一度违背委员会主席的意愿,收集到有关航天飞机史上遇到的所有问题的第一手资料;他确信爆炸是由橡皮环设计不合理引起的。他用富于戏剧性和说服性的方式演示了寒冷天气对橡皮圈的影响,他的发言抢尽了委员会的风头,这是典型的费曼作风。

在生命即将结束的时候,费曼患了好几种罕见的癌症,他的肾也几乎衰竭。1988年2月15日,他与世长辞,终年69岁。他去世后的第二天,学生们在加州理工学院10层高的图书馆顶楼挂起一条横幅,上面写着:“我们爱你,迪克。”九泉之下,理查德•费曼对这句质朴的悼词一定会感到满意和感动的。

超乎寻常的教师

对于费曼的教学生涯来说,父亲对他早年的训练是无价之宝。最重要的是,麦尔维尔在他身上灌注了一种对于大自然的美的赞叹和欣赏,并使他产生了与他人分享这种感受的灼人的欲望。听费曼讲课确实是一种触电的经历。在讲台上,他总是处于动态,正如他喜欢谈论的原子一样。他像个舞蹈演员一样昂首挺胸地在台上走来走去,他的胳膊和双手划出复杂而优美的弧线,配合着他的语言。他的声音时高时低,用来证明他的论点。总而言之,他能牢牢地抓住听众的注意力。

费曼从教学当中得到了活力。学生们经常提出一些深刻的问题,这常常会进一步激发他的头脑,提供研究的课题。有一次他写道:“教学和学生使我的生命得以延续。如果有人给我创造一个很好的环境,但是我不能教学的话,那我永远不会接受。永远不会。”

费曼也相信,人们记住他首先是因为他的教学工作。加州理工学院把他的一系列讲座收集在一起,出版了《费曼讲物理》(即《费曼物理讲义》,写得极有趣味,完全不同于国内的教科书》,这本书马上成了经典著作,成了全世界的热销书。这本书本来是面向加州理工学院的一二年级学生的,可是最能认识到这本书价值的却是物理教师,他们从中找到了自己讲座的灵感。所以,费曼被称做“老师的老师”是当之无愧的。

奇特的性格

费曼最可亲的品质之一,是他对于自然的奇迹无休止的好奇心和从全新的角度看问题的能力。费曼喜欢观察最普通的自然现象,并找出其中的道理,这些现象大部分人,包括物理学家在内,都不会注意到。费曼常说,如果一个人学会了解释简单的东西,他就懂得了解释是什么;也就是说,他理解了科学本身。

费曼具有一种奇特的性格。第一次遇到费曼的人马上会为他的才华所倾倒,同时又会对他的幽默感到吃惊。第二次世界大战后不久,物理学家弗里曼•戴森在康奈尔大学见到了理查德•费曼,他说他的印象是:“半是天才,半是滑稽演员。”后来,当戴森对费曼非常了解之后,他把原来的评价修改为:“完全是天才,完全是滑稽演员。”

费曼总是用通俗的语言说话,从来不用高深的词语或者词组。他的句子经常不合语法规范。伟大的德国物理学家沃尔夫冈•鲍利曾经表示过对费曼的疑惑:“为什么这个聪明的年轻人谈吐像个无业游民呢?”费曼喜欢听到别人这样描述他。贝特认为费曼经常“模仿布鲁克林口音和作派”来故意“掩盖他那其实很脆弱的灵魂”。确实,人们很容易看出,他是用插科打诨来掩饰因为失去阿琳而带来的永远挥之不去的悲伤。

虽然费曼一直使用通俗的语言,但是如果他愿意的话,他可以很雄辩地讲话(完全符合语法规范),他还能写出非常优美的诗句。这也许正是对他的天才和自信的最好注释。在他的晚年,费曼努力地做好阿琳认为重要的事情。他开始绘画,并画出了很好的素描和油画作品。

独辟蹊径的思考者和“天才”

亲自参与了释放毁灭性的核能量,又看到挚爱的妻子去世,这使费曼陷入了深深的忧郁,这种情形持续了差不多两年。他不知道自己的忧郁在多大程度上来自于原子弹,又在多大程度上来自于他深爱的阿琳的去世。但是他不能进行物理学研究了,他的创造灵感枯竭了。然而,他戴上勇敢的面具继续教学,并从中获得了极大的安慰。康奈尔大学给费曼提供了一个避风港,让他集中精力从事教学,而不要求他拿出研究成果。

1946年10月,麦尔维尔在一次中风后去世,这更加重了费曼的忧郁。但是他既没有闷闷不乐也没有与世隔绝。正如贝特解释的那样:“费曼忧郁的时候也比任何其他人兴高采烈的时候还要高兴。”

 最终,费曼用一种完全是费曼式的方法打破了忧郁的恶性循环。有一天,他在康奈尔大学的咖啡厅里看见一个学生抛起了一个餐盘。他给自己提出一个挑战,用公式来描述盘子的转动和摆动之间的关系。经过一番努力,他终于能够证明,就像他观察到的一样,当摆动角度很小时,转动速度是摆动速度的两倍。当费曼兴奋地把这一结果告诉贝特的时候,贝特很有兴趣地听完了他的话,然后问他:这有什么实际价值呢?

费曼只好承认这的确没有任何实际价值。对于费曼来说,这是一次深刻的领悟。他决定从今以后,他只为了自己的兴趣而研究物理。被这个决定激励着,他重新开始研究量子电动力学的问题,早在普林斯顿大学的时候他就开始涉足这个领域了棗最终就是这方面的研究使他获得了诺贝尔奖。具有讽刺意味的是,他发现他出于感兴趣而研究的旋转餐碟的运动,也适用于电子旋转的问题。

在康奈尔大学待了四年以后,费曼厌倦了绮色佳城冬季的气候和小镇的气氛。他对那里学术自由的环境和周围众多的人文学科教授也感到不舒服。所以当他接到加利福尼亚理工学院具有吸引力的邀请时,他马上接受了。此后费曼的全部时间都是在加州理工学院度过的,在那里他进行了最有成果的研究工作。

在加州理工学院,费曼作为一个传奇人物的名声确立起来。随着他越来越显示出在数学上直觉性的才能和对物理学的深刻的洞察力,“天才”这个词也越来越多地与他联系在一起了。

洛斯阿拉莫斯

曼哈顿计划是费曼研究生涯的起点。在洛斯阿拉莫斯,刚刚研究生毕业的费曼跃跃欲试,他获得了一个难得的机会,同一批最伟大的物理学家和数学家一起工作,他们包括:奥本海默、汉斯•贝特、恩里科•费米、爱德华•泰勒,还有约翰•冯•诺曼。

在此之前,费曼发现自己总是跟贝特唱反调。贝特当时已经是一位知名度较高、很受尊敬的物理学家。当贝特说出一个费曼不同意的观点时,费曼总是公开地强烈地表示反对。经过贝特耐心解释他的推理过程,费曼才能平静下来。可是等到下次观点出现分歧时,这个过程又会重复一遍。贝特一点也不生气,相反,费曼深入的思维给他留下了很好的印象,因此他对费曼产生了一种尊敬。

贝特让费曼到自己手下来工作,让他做了计算组的组长。于是费曼成了几位组长当中最年轻的一位。在那个时候,所有的计算都是由人工完成的,要使用对数表和笨重的机械计算器。在费曼的领导下,计算组的工作效率大幅度提高,老科学家们的工作都要依赖这些计算结果,所以他们对费曼的工作非常满意。

让老科学家们满意的还有费曼那卓越的能力,他能运用逻辑来分析一切复杂问题,找出主要因素,并简单明了地说明需要解答的关键问题。令他们同样满意的是这位年轻的科学家对物理学那富于感染力的热情。很快,贝特就自豪地宣称:“费曼能做任何事情,所有的事情。”奥本海默写道:“他是这里最才华横溢的年轻物理学家,……他有着非常吸引人的性格与个性,……他是一个优秀的教师,对物理学的各个方面都有着热烈的感情。”

战后,贝特邀请费曼到康奈尔大学跟他一起工作,费曼愉快地接受了。

一生的挚爱

理查德•费曼和阿琳•格林鲍姆从高中时代起就固定约会,甚至在理查德离开家乡去上大学的时候,两个人的关系也在不断深入发展。约会了六年以后,他们正式订了婚。尽管两个年轻人的志趣很不相同,他们却共同拥有一种古怪的幽默感。经过多年的交往,理查德和阿琳深深地相爱了。在理查德被普林斯顿大学录取继续深造时,这种两地分离的恋爱仍然继续进行。在这段时间,阿琳发现自己颈部有一个肿块,并且持续疲惫和低烧几个月,被诊断为结核病。理查德得知检查结果后,认为自己应该跟她结婚以便很好地照顾她。可是现在他的父母却反对他结婚了,因为他们害怕理查德也传染上结核。他们建议他撕毁婚约,但他拒绝这样做。

于是,就在理查德获得博士学位后不久,他设法让普林斯顿大学附近的一所慈善医院同意接收阿琳。他在轿车里摆了一张床,让阿琳躺在上面,带她去医院。1942年6月29日,在去医院的路上,一位治安官员主持了他们的结婚仪式。尽管这时理查德已经在忙于曼哈顿计划的研究工作,他还是尽心竭力地照顾阿琳。从他们结婚那天直到阿琳去世,她一直在医院里卧床休养。

 1943年春天,普林斯顿大学的科学家们被转移到洛斯阿拉莫斯的实验室,理查德非常不放心阿琳。项目主持人罗伯特•奥本海默在洛斯阿拉莫斯以北60英里的阿布奎基找了一所医院,让阿琳住在那里,这样她的丈夫就可以安心工作。每个周末,理查德都驱车赶到阿布奎基,与阿琳待在一起。一周当中的其他日子,一对年轻夫妇就互相写信。就是在这种奇特而充满悲剧色彩的情况下,两个人也从来没有失去过机智和幽默。

离试爆越来越近了,阿琳的病情却在逐步地恶化。1945年6月16日,她去世了,那时他们结婚才三年,离第一次核爆炸只有一个月了。理查德陪她度过了生命的最后一刻,可是他很麻木,仿佛失去了知觉。他对自己的缺乏感情感到很吃惊。几个星期以后,当他路过一家商店的时候,看到了一件连衣裙,他想要是阿琳穿上一定很美。这时他才突然悲从中来,他失声痛哭,无法自抑。

在理查德一生当中,阿琳一直都是他思想中的核心人物。她教会了他欣赏艺术和音乐;他不断地梦见她,并且给她写信。她去世两年后的一封信是这样开头的:“我爱你,甜心。”接下来理查德写道:“我遇到了很多好姑娘,我也不想老是孤单一人棗可是见过两三次面之后她们就都随风而去了。只有你是我的。你才是真的。我最爱的妻子,我爱你。”

可是就在这样感情充沛的时候,他那爱逗趣的天性也不能完全受到压制。在信的结尾,他写上:“又及:请原谅我没有寄出这封信棗可是我不知道你的新地址。”

用裸眼观看原子弹爆炸的人

1945年 7月16日清晨5点29分45秒,当第一颗原子弹在美国新墨西哥州微明的天空中爆炸时,理查德•费曼可能是惟一用裸眼观看的人。聚集在这里的著名科学家和政要人物每人都发给一副电焊工用的眼镜,费曼也不例外。但他永远都是个叛逆者,他没有戴眼镜,而是躲在一辆大卡车的挡风玻璃后面,他心想这么厚的玻璃一定能够阻挡住紫外线辐射。费曼深知那天将要发生什么事情,就是他领导一个小组,进行了第一个核裂变炸弹所需要的极其复杂的运算。

一道强光穿透了黑暗,顷刻之间它变得非常明亮,一瞬间费曼的目光不由自主地转向一边。然后,光好像灭了一会儿,等它重新出现的时候,已经形成了一个光芒四射的大火球,迅速变幻着颜色,先是白色,然后是黄色,最后变成了橘黄色。一片由烟雾和爆炸碎片构成的黑云冲天而起,渐渐地形成了我们所熟悉的蘑菇形。

费曼感到一股强烈的喜悦之情,几个月艰苦的工作终于结出了果实。但是,由于这次爆炸及其后果,他的生活发生了急剧的变化。

此后的几年中,费曼对物理学的贡献非常之大,以致很多物理学家把他称为“新的”物理学之父,而爱因斯坦则是“早先的”物理学之父。1965年,费曼和朱利安•薛温格、朝永振一郎共同获得了诺贝尔物理奖,他的主要贡献在于对量子电动力学的理解,这个学科研究的是光和带电粒子之间的相互作用,特别是光和电子之间的相互作用。他在弱核反应和超导研究当中也作出了巨大的贡献。

费曼不仅仅是一个理论物理学家,他的引人注目之处还在于他的创造性、对科学的一丝不苟、幽默感、生活乐趣,以及他引起别人注意的能力。他把这些东西都带进了课堂,把深刻的洞察力与对自然的热爱和迷恋结合在一起,使自己成为一个讲课的行家。


发布时间:2008/6/17 上午10:19:45  阅读次数:13666

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